沥青玛蹄脂路面SMA问题的研究.docx

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沥青玛蹄脂路面SMA问题的研究

1前言

鉴于本次关于道路的生产实习中没有接触到路面的施工，故在专题部分选择了关于路面工程的一种新型材料的研究，通过资料的查询总结以弥补实习中所不足的地方。

改革开放之后，为了适应我国经济的快速发展，国家相

继投资建成了一条条高速公路，这些高速公路的建成通车不

仅大大促进了交通运输水平的发展，更为我国各地区经济的

发展作出了不可磨灭的贡献。

但是随着高速公路使用时间的

增长，其路面早期破损问题也逐渐显现出来，调查显示，裂

缝与车辙在沥青路面裂缝、松散、车辙、沉陷、坑槽等早期

破坏类型中占80%~90%左右。

因此，在原有公路的改扩建

以及新建高速公路中，除了采用了高标准、高要求的设计方

案以及保证施工质量外，我们还要特别重视采用高性能的沥

青路面材料。

沥青马蹄脂碎石混合料（SMA）以其所具有的

高温稳定性、低温抗裂性、抗滑性能和防水性能等优良的表

面特性以及良好的耐久性等优良的路用性能，从开始发现便

受到广大道路工作者的普遍推崇，近年来更是在世界各国高

速公路建设中得到广泛应用。

2研究状况

3正文阐述

摘要正对目前沥青路面存在的问题，对沥青玛蹄脂碎石路面（SMA）的特性、设计及其施工中应注意的问题做一简要总结

关键字沥青玛蹄脂特性设计施工

沥青路面作为高等级公路的主要路面结构形式，

早期损坏的现象时有发生，在交通量迅速增长、车辆

大型化日趋明显的交通环境下，正面临着严峻考验。

沥青路面损坏的原因是多方面的，但材料问题是其中

重要的原因之一。

沥青马蹄脂碎石混合料

（SMA）是在普通沥青路面难以适应交通需求的条件

下，从改善沥青结合料性能和沥青混合料矿料级配的

角度来提高沥青路面使用性能的新型路面结构材料。

3.1SMA特性

SMA路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低，而且

低温性能良好。

沥青结合料主要提高沥青混凝土的感温性

（即高温稳定性和低温韧性）、防止混合料分散并提高路用

性能，通常采用改性沥青。

改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高

分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺

剂（改性剂），使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成

的沥青结合料。

改性沥青SMA路面具有如下特性:

（1）改性剂必须完全分散在沥青中，才能充分发挥其效

能;

（2）改性沥青及SMA混合料具有粗集料多，矿粉多，改

性沥青结合料多，细集料少，掺纤维稳定剂，材料要求高的特

点。

特别是对粗集料的坚韧性、颗粒形状和棱角性的要求很

高;

（3）只有在高温状态下碾压才能达到密实效果，且不产

生推拥;

（4）改性沥青及SMA混合料致冷后非常坚硬，强度高。

SMA属于间断级配的沥青混合料，它既有一定数量的

粗集料形成骨架，又有足够的细集料填充到粗集料之间的空

隙中去。

沥青用量比普通混合料高1%以上，因此使它同时

具有较高的粘结力和内摩阻力。

SMA明显特点是三高一低

一剂，即高用量的轧碎粗骨料，以提高抗车辙能力;高沥青用

量和高矿粉用量，促使沥青膜加厚，混合料孔隙小，其耐水

性、耐老化性能和耐久性能都有提高;低的细集料含量;添加

纤维稳定剂，在混合料中起加筋、分散、吸附、吸收沥青和稳

定的作用，并通过增加沥青与矿料之间的粘附性，通过油膜

的粘结，提高集料之间的粘结力，改善胶结剂（玛蹄脂）的高

低温性能，增强混合料的抗裂、耐磨能力。

这也是SMA混合

料组成设计必不可少的前提条件和依据。

将SMA与普通的密集配沥青混凝土AC相比，AC的组

成中细集料大体上占到一半，从钻芯试件可以清楚地看到沥

青砂浆已经把粗集料撑开，粗集料实际上是悬浮在沥青砂浆

中，彼此相互并未精密接触，由于粗集料之间有相当大的空

隙，故而交通荷载主要是由沥青砂浆承受，AC抵抗荷载变形

的能力很大程度上受到矿料级配、矿料间隙率、空隙率以及

沥青砂浆比例的影响，在高温条件下沥青砂浆的粘度变小，

承受变形的能力急剧降低，很容易产生永久变形，造成车辙、

推拥等，而SMA的组成中，粗骨料骨架占到70%以上，混合

料中粗集料相互之间的接触面或支撑点很多，细集料很少，

玛蹄脂部分仅仅填充了粗集料之间的间隙，交通荷载主要由

粗集料骨架承受，由于粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用，

沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力，即使在高温

条件下，沥青玛蹄脂的粘度下降，对这种抵抗能力的影响也

会很小，因而有较强的高温抗车辙能力，而这一点是极其重

要的，即充分利用了集料嵌挤作用提高高温抗车辙能力。

当

然AM同样有相当多的粗集料，也有良好的石料嵌挤作用，

但使用沥青较少，空隙率太大，沥青与集料的粘结性不足，集

料之间充满了水分，水分对混合料的浸蚀使沥青与集料脱开

造成剥落，很容易造成雨季大面积破坏，而且低温抗裂也不

好，所以沥青碎石的耐久性很差，AK也存在同样缺点。

3.2SMA设计中应注意的问题

（1）空隙率指标。

马歇尔试件的空隙率应采用表干法

测定，试件的空隙率主要由沥青用量控制的，减少沥青用量

使空隙率增大。

我国的SMA沥青用量相对较少，经常会遇

到空隙率偏大的情况。

但是如果沥青用量不能再大，再增大

可能会泛油，例如出现油石比已经超过6．0%，而空隙率仍

然大于3%～4%的情况时，必然是集料的间隙率太大的缘

故，此时只能适当增加4．75mm的通过率，如果VMA已经大

于17%，沥青用量也不多，空隙率偏小，达不到3%那很可能

是测定的精度不足，应进行复查。

在计算空隙率的基准密度

时，从理论上讲以采用实测的最大密度为好，但现在SMA沥

青混合料大都用改性沥青，这样混合料在水中的分散往往比

较困难，这时就要求用计算的理论密度。

在计算理论密度时

又会遇到困难，那就是纤维的密度和纤维吸收沥青的问题，

矿物纤维和有机纤维吸入纤维内部的沥青少，而木质纤维吸

入沥青较多，影响势必增大，如果将纤维的比例忽略不计，实

际是将纤维算成集料了，其比例的差异将使计算的空隙率变

大，另外，计算理论密度时，除5mm以下的石屑等难以测定

的部分外，集料密度应采用毛体积相对密度。

（2）SMA的马歇尔稳定度一般比普通密级配沥青混凝

土要小得多，其原因是因为马歇尔试验的荷载方式对SMA

是不利的。

马歇尔试验表面上是受压，其实试件内部的破坏

是受拉而致。

SMA材料有70%以上是接近于单一粒径的粗

集料，在受压时能产生相互嵌挤而不能抗拉。

混合料中主要

依靠沥青玛蹄脂结合料抗拉，但在试验温度60℃时粘度低，

对受拉不可能产生多大的抵抗，因而马歇尔稳定度较低，一

般在5～8kN左右。

但是，马歇尔稳定度低并不意味着SMA

高温稳定性差，马歇尔试验的目的主要有配合比设计时确定

最佳沥青用量和施工中进行质量检验。

SMA的高温稳定性

主要由车辙试验的动稳定度和抗永久变形能力来表达的。

（3）根据试验，马歇尔试验的流值一般要比普通沥青混凝

土大，尤其在使用改性沥青的情况下更是如此。

尽管马歇尔试

验的稳定度和流值并不像普通热拌沥青混合料那么重要，但马

歇尔试验仍是拌和厂的主要质量检测项目，其目的是首先检测

混合料试件的密度和空隙率、VMA、VCA、VFA等四大体积指标，

以确定是否满足SMA构成的必要条件，同时检测马歇尔试验的

稳定度和流值，测试马歇尔试验的稳定度和流值目的是主要看

试件质量的稳定性，是否能稳定在一个基本不变的水平上。

SMA路面集中了AC路面的空隙率小、水稳定性及耐久

性好，和AM路面的集料嵌挤作用好、高温抗车辙能力强，以

及AK路面抗滑性能等优点，同时克服了AC路面的高温稳

定性能不足、AM及AK的不耐裂、老化、抗水损坏性能差的

特点，形成一种新型的沥青混凝土结构，值得推广和应用。

3.3SMA路面施工工艺

3.3．1施工准备

为使SMA沥青路面良好的路用性能得到充分的

发挥，在路面施工前应做好:

①检查下承层，要求强

度高、稳定性好、密实平整;②检查原材料，使其规

格、品种、级配、针片状矿物含量、含泥量、含水

量、风化矿物含量等符合要求;③检查调试施工机械

设备，包括拌和机、运料车、摊铺机、压路机等施工

机械，要求工作性能良好;④检查纤维稳定剂的存

放，要求在室内架空堆放，严格防潮，保持干燥。

此

外，还应对稳定剂添加设备进行计量标定，使其计量

精度满足要求;⑤编制实施性施工组织设计，制定科

学合理的施工方案，为确保施工质量与施工安全提供

组织保证。

3.3.2混合料的拌和

为确保松散型木质素纤维的添加准确、均匀，保

证改性的质量，减少或避免路面油斑的产生，在

SMA混合料生产时，需使用纤维添加设备来确保

SMA混合料的质量。

沥青混合料拌和时间应以混合料拌和均匀，纤维

掺加剂均匀分布，矿料颗粒全部裹覆沥青结合料

为度。

SMA改性沥青混合料拌和加热温度应控制在175

～185℃，矿料加热温度在195℃左右;矿粉和纤维

不加热，混合料出料温度应高于175℃;当混合料温

度超过195℃应予废弃。

拌制的混合料应均匀一致、

无花白料、无结团成块或严重的粗细料分离现象，不

符合要求不得使用。

3.3.3混合料的运输、摊铺与碾压

改性沥青混合料应采用大吨位自卸车运输，为防

止沥青与车厢板粘结，车厢侧板和底板可涂一薄层油

水混合液（柴油与水比例为1∶3，但不得有余液积聚

在车厢底部。

为保证摊铺温度，必要时运输采取加盖

毡布等切实可行的保温措施。

混合料摊铺前必须将工作面清扫干净，如用水

冲，晒干后才能进行摊铺作业。

如下层路面已经过行

车碾压，摊铺前须洒粘层油，用量为0.4L/m2。

改性

沥青混合料必须采用机械摊铺，摊铺机必须具备自动

或半自动调节厚度及找平装置，必须具有振动熨平板

或振动夯等初步压实装置，摊铺幅面为全幅型。

混合

料摊铺温度宜为170℃左右，当低于150℃时混合料

禁止使用。

混合料的松铺系数应根据试验段的数据来

确定，一般按1.25左右掌握。

碾压是施工控制中的重要环节，而碾压过程中碾

压温度至关重要，碾压温度不得低于140℃。

混合料

的碾压按初压、复压二阶段进行，压路机应以≥

5km/h的速度进行均匀碾压。

初压应在热料摊铺达到

可碾压长度后随即进行，初压温度不得低于160℃，

压路机以静碾状态由低处向高处碾压1遍。

复压应在

初压完成后紧接着进行，压路机以高频低振状态碾压

4遍（试验段施工时可予调整），使混合料压实度不

小于理论密度的95%或马歇尔密度的98%。

为防止

混合料粘轮，可在钢轮表面均匀洒水，但要防止过量

洒水引起混合料温度的骤降。

采用振动压路机压实沥

青混合料路面时，压路机轮迹的重叠宽度不应超过

20cm但采用静钢轮压路机时压路机轮迹的重叠宽度

不应小于20cm。

压路机的启动、停止必须缓慢进行，

防止混合料产生推移。

为防止沥青路面表面透水

（压实不足）或构造深度过小（压实过大），碾压工

作中应密切注意路表情况。

3.3.4接缝施工

沥青路面的各种施工缝处往往由于压实不足，容

易产生台阶、裂缝、松散等病害，影响路面的平整度

和耐久性，施工时必须十分注意。

（1）改性沥青混合料路面冷却后很坚硬，冷接

缝处理很困难，因此应尽量避免出现冷接缝。

（2）纵缝施工。

对当日先后铺筑的两个车道，

摊铺宽度应与已铺车道重叠5cm左右，所摊铺的混

合料应高出相邻已压实的路面，以便压实到相同的厚

度。

对不在同一天铺筑的相邻车道，或与旧沥青路面

连接的纵缝，在摊铺新料之前，应对原路面边缘加以

修理，要求边缘凿齐，坍落松动部分应刨除，露出坚

硬的边缘。

缝边应保持垂直，并需在涂刷一薄层粘层

沥青之后方可摊铺新料。

纵缝应在摊铺之后立即碾

压，压路机应大部分在已铺好的路面上，仅有10～15

cm的宽度压在新铺的车道上，然后逐渐移动跨过

纵缝。

（3）横缝施工。

横缝应与路中线垂直。

接缝时

先沿已刨齐的缝边用热沥青混合料覆盖，以资预热，

覆盖厚度约15cm，在接缝处沥青混合料变软之后，

将所覆盖的混合料清除，换用新的热混合料摊铺，随

即用热夯沿接缝边缘夯捣，并将接缝的热料铲平，然

后趁热用压路机沿接缝边缘碾压密实。

双层式沥青路

面上下层的接缝应相互错开20～30cm，并做成台阶

式衔接。

4.结论

已有的工程实践表明，SMA路面在高温抗车辙、

低温抗裂、疲劳抗裂及抗水损害、抗滑和耐久性等方

面都比传统的沥青路面优越，它能全面提高沥青路

面的使用性能。

因此为防止沥青路面在重载作用下产

生车辙、推拥和波浪等病害，充分利用沥青玛蹄脂碎

石混合料路面所具有的优异路用性能是可供选择的一

种有效措施与方法。

故SMA路面适用于交通流量和行驶频度急剧增长，客运车的轴重不断增加，严格实行分车道单向行驶的

城镇主干道和城镇快速路。